干旱脅迫對西南野生馬蹄金生理特性的影響

邵 鈺，邱 菊，干友民，張曉慧，任 婷

(四川農業大學草業科學系，四川 雅安 625001)

當今水資源匱乏已是一個普遍性的問題，尤其在大中城市因人口增加而更加突出。由于草坪草的根系通常集中分布在深約30 cm的表層土壤中[1]，需要經常灌溉來維護草坪草的正常生長。因此干旱脅迫成為限制草坪草生長的最重要的環境因子之一[2]，篩選和培育抗旱性強的草坪草種和品種日益受到重視。

馬蹄金(Dichondrarepens)是旋花科馬蹄金屬的多年生匍匐型草本植物，建坪容易，管理成本低，目前在城市綠化中使用率逐漸增高，特別適合坡度大、管理不方便的區域[3-4]。雖然我國南方廣泛分布著野生資源，但卻沒有得到足夠的重視和開發，綠化工程使用主要依靠從歐美等國進口。為此，研究干旱脅迫對野生馬蹄金抗逆生理指標變化的影響，探討耐旱機理，并篩選出抗旱性強的材料，旨在為選育抗旱性強的野生馬蹄金及其資源合理開發利用提供理論依據和實踐指導。

1 材料與方法

1.1試驗地概況 試驗地位于四川省雅安市青衣江流域二級階地后緣四川農業大學草業科學系基地內，地理坐標30°08′ N，103°14′ E，海拔600 m，屬北亞熱帶濕潤季風氣候區。年平均氣溫16.2 ℃，最熱月(7月)均溫25.3 ℃，最冷月(1月)均溫6.1 ℃，極端最高氣溫37.7 ℃，年降水量1 774.3 mm，年蒸發量1 011.2 mm，相對濕度79%，日照時數1 039.6 h，無霜期304 d，>10℃年積溫5 231 ℃·d。

1.2試驗材料 從23份野生材料中篩選出5份表現較優異、具開發推廣潛力的野生馬蹄金作為供試材料，對照為由美國引進的栽培品種Dichondra(表1)。

表1 試驗馬蹄金材料及其來源

1.3試驗設計 脅迫試驗前一天將各盆栽統一澆透水。試驗設計為兩因素完全隨機排列，因素(T)為控水天數，設5個水平：T1為不控水，T2為控水7 d，T3為控水14 d，T4為控水21 d，T5為控水28 d。因素(B)為采集于不同地點的馬蹄金材料(5份)及對照(1份)。重復3次，共90盆。每隔7 d采取葉片鮮樣，保鮮并帶入實驗室進行各項指標的測定，取樣時間為08:00-09:00。

控水后采用烘干法測定土壤含水量的動態變化(表2)，各階段控水差異顯著(P<0.05)。6個材料在控水期間的土壤含水量變化情況基本保持一致，因此本試驗測定的生理指標之間的差異是由材料間差異所引起的。

表2 不同材料干旱脅迫下土壤含水量比較 %

1.4測定指標及方法 葉片相對含水量采用稱量法測定，相對含水量=[(鮮質量-干質量)/(飽和鮮質量-干質量)]×100%[5]；離體葉片保水力采用自然風干稱量法測定，失水率=[(飽和鮮質量-失水后質量)/(飽和鮮質量-干質量)]×100%[6]，在不同干旱脅迫天數時分別取樣測定失水率，取整個脅迫期間失水率平均值衡量葉片保水力；葉綠素含量采用乙醇浸提法測定[5]；丙二醛含量采用雙組分分光光度計法測定[7]；游離脯氨酸含量采用茚三酮比色法測定[7]。

1.5數據處理 采用DPSv 8.01、SPSS 12.0和Excel 2007軟件對數據進行統計分析并繪制圖表。主要進行方差分析以及用隸屬函數的方法綜合評價抗旱性。

隸屬函數具體的計算公式：1)當指標與抗旱性呈正相關，則x(μ)= (x-xmin)/(xmax-xmin)；2)當指標與抗旱性呈負相關，則x(μ)=1-(x-xmin)/(xmax-xmin)。式中，x為各指標的平均值，xmax為各試驗材料對應指標的最大值，xmin為各試驗材料對應指標的最小值。

2 結果與分析

2.1離體葉片保水力的變化 所有供試材料的葉片離體后，其葉片失水率都呈上升趨勢，離體前5 h，上升幅度均表現出顯著差異(P<0.05)(表3)，在離體5 h以后，除SD200310變化差異顯著(P<0.05)外，其他材料葉片失水率變化趨于平緩，可能是由于葉片水分已嚴重損失而導致。各供試馬蹄金材料的失水幅度為SD200309>SD200308>SD200310>GD200504>CK>GD200503，GD200503具有很強的持水力。

2.2葉片相對含水量的變化 在干旱脅迫下，所有供試馬蹄金材料的葉片相對含水量均有不同程度的下降，但是各材料的表現有所不同。各供試材料的葉片相對含水量在脅迫初期變化均不顯著，材料間差異也不顯著(P>0.05)(表4)；但在脅迫14 d時，CK、SD200308和SD200310開始顯著下降(P<0.05)，顯示出它們對土壤含水量變化的敏感性；其他材料在脅迫21 d時才開始出現顯著下降(P<0.05)。脅迫程度最大時各供試材料的葉片相對含水量下降幅度為SD200308>SD200310>CK>SD200309>GD200504>GD200503，說明GD200503對干旱的適應能力最好。

2.3葉綠素含量的變化 干旱脅迫下，供試馬蹄金材料葉片的葉綠素含量隨干旱脅迫的加深呈持續下降趨勢，但下降幅度不一致，排序為CK>SD200308>SD200309>GD200503>GD200504>SD200310。方差分析(表4)表明，各材料葉綠素含量在干旱處理間差異顯著(P<0.05)。從葉綠素含量的降低速度與降低量的大小可以看出，CK在干旱脅迫下受害最嚴重，其次是SD200308，而GD200503和GD200504的抗旱性普遍強于國外引進的Dichondra。

表3 不同材料干旱脅迫下離體葉片失水率 %

2.4丙二醛含量的變化 隨著干旱脅迫程度的加深，所有供試馬蹄金材料的丙二醛含量逐漸增加，但各材料對脅迫的反應存在一定差異。SD200308、SD200310和GD200503在脅迫 7 d 時丙二醛含量開始出現顯著增加(P<0.05)(表5)，但隨著脅迫時間延長變化趨于平緩；SD200309和GD200504在脅迫 14 d 時丙二醛含量才開始顯著增加(P<0.05)；而CK在脅迫初期變化不顯著，直至脅迫 21 d 時丙二醛含量才顯著增加(P<0.05)；所有材料在干旱脅迫程度最大時，丙二醛含量達到了峰值。各材料的丙二醛含量增加幅度為CK>SD200308>SD200309>SD200310>GD200504>GD200503。方差分析表明，干旱脅迫初期，各供試馬蹄金材料葉片中丙二醛含量差異不顯著(P>0.05)，脅迫 21 d 后，野生材料的丙二醛含量均顯著低于國外引進的Dichondra(P<0.05)，說明它們的膜脂過氧化程度較低，抗旱性顯著強于國外引進的Dichondra。

表4 不同材料干旱脅迫下葉片相對含水量、葉片葉綠素含量

2.5游離脯氨酸含量的變化 6份馬蹄金材料體內游離脯氨酸含量均隨干旱脅迫的加重而逐漸增加，但是含量的具體變化并不一致。SD200308和CK的脯氨酸含量變化趨勢基本相似，在脅迫初期增加得比較緩慢，在干旱脅迫7 d之后開始顯著增加(P<0.05)(表5)。SD200309、SD200310、GD200503和GD200504的脯氨酸含量變化趨勢基本相似，從干旱脅迫開始到14 d時，其脯氨酸含量增加得比較緩慢，干旱脅迫14到28 d期間，脯氨酸含量開始顯著增加(P<0.05)。各材料游離脯氨酸含量增加幅度表現為CK>GD200504>SD200309>SD200308>GD200503>SD200310。方差分析表明，干旱脅迫初期各材料間差異不顯著，脅迫14 d后，野生材料的游離脯氨酸含量均顯著低于國外引進的Dichondra(P<0.05)。

表5 不同材料干旱脅迫下葉片丙二醛含量、葉片游離脯氨酸含量

2.6馬蹄金抗旱性綜合評價 本試驗選取了葉片相對含水量、離體葉片保水力、葉綠素含量、丙二醛含量、游離脯氨酸含量這5個指標，采用隸屬函數的評分法對供試馬蹄金材料的抗旱性進行評價(表6)，干旱脅迫后的綜合抗旱性順序為：GD200503>GD200504>SD200310>SD200309>CK>SD200308。

表6 馬蹄金抗旱性綜合評價

3 討論與結論

3.1干旱脅迫對保水能力的影響 植物的水分代謝一旦失去平衡，就會打亂植物體的正常生理活動，嚴重時能使植物體死亡。干旱脅迫下，葉片相對含水量的高低與其抗旱性呈正相關[8-10]。一般認為，當植物經過一段離體時間后，保水力越大，失水速度越慢，植物的抗旱性也就越強[11]。本試驗中各供試馬蹄金材料的保水能力，在干旱脅迫期間均呈下降趨勢，并隨干旱時間的延長，下降幅度加大。且各供試材料間存在較大差異，其中GD200503有較高的葉片相對含水量和離體葉片保水力，能長時間地忍耐干旱脅迫，表現出較其他材料更強的抗旱性。

3.2干旱脅迫對葉綠素含量的影響 植物的抗旱性與光合作用密切相關，植物在受到干旱脅迫初期時主要由于氣孔的關閉而使光合作用下降，隨著干旱程度的加劇，葉綠體的結構發生變化，植物膜系統遭受損傷，膜脂過氧化程度加劇而產生超氧自由基，光合色素嚴重降解，光合電子傳遞系統遭到破壞，合成酶活性下降,水解酶活性上升，從而導致光合速率下降[12-14]。有研究認為，抗旱性越強的樹種，隨著水分脅迫程度的加深，葉綠素含量的變化幅度越小[15]，本試驗結果與其基本相同。本試驗中供試馬蹄金材料的葉片葉綠素含量，在整個干旱脅迫期間均顯著下降。其中，葉綠素含量降低最多的是對照(美國引進的栽培品種Dichondra)，可以看出對照的光合系統受到嚴重破壞，而野生材料的受害程度均低于對照。

3.3干旱脅迫對丙二醛含量的影響 活性氧代謝是植物對逆境脅迫的原初反應，干旱脅迫會導致植物細胞內自由基產生和消除的平衡受到破壞而出現自由基積累，并由此引發或加劇細胞的膜脂過氧化[16]。丙二醛是膜脂過氧化作用的主要產物之一，其含量高低是反應細胞膜脂過氧化作用強弱和質膜破壞程度的重要指標[17]。本試驗中隨著干旱脅迫的加劇，各供試馬蹄金材料的葉片丙二醛含量都有增加，但野生材料丙二醛積累量均顯著低于對照，說明它們的膜脂過氧化程度較低，抗旱性顯著強于對照。其中，GD200503丙二醛的總積累量最小，其受到的傷害程度最輕。

3.4干旱脅迫對游離脯氨酸含量的影響 干旱脅迫下植物體內游離脯氨酸積累主要表現為滲透調節的功能，滲透調節是植物抵御逆境的一種自衛反應，有助于細胞或組織的持水，減少脫水，從而提高植株對干旱的適應能力[18]。目前對干旱脅迫下游離脯氨酸積累的生理效應有不同的解釋，有些學者[19-20]認為這是一種適應性反應，主要起滲透調節的作用。但是也有研究表明[21-22]，干旱脅迫下脯氨酸的積累是草坪草受傷害的結果。本試驗中，隨著干旱脅迫的加劇，各供試馬蹄金材料的脯氨酸含量都不斷增加，其中抗旱性強的GD200503積累速度比較緩慢且含量較少，而對照的脯氨酸積累速度較快且含量較大。這表明了馬蹄金受干旱脅迫后，其體內脯氨酸含量的增加，反映的是其受傷害程度的大小。

綜上所述，野生材料GD200503的抗旱性最強，在高強度干旱脅迫下能保持較高的保水能力、葉綠素含量及低的傷害程度。

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